苗卿

【摘 要】 針對(duì)沿空留巷圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題，文章采用數(shù)值模擬研究、實(shí)驗(yàn)研究、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施和后期效果考察的方法進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論：① 數(shù)值模擬結(jié)果顯示切頂導(dǎo)致留巷上覆巖層應(yīng)力居中區(qū)域右移;② 采用爆破切頂措施，切頂鉆孔孔間距3m，6個(gè)鉆孔一組進(jìn)行爆破;③后期效果考察顯示巷道回采期間，切頂區(qū)域單體液壓支架應(yīng)力平穩(wěn)，未切頂區(qū)域單體液壓支架在回采10m后出現(xiàn)大幅波動(dòng)。

【關(guān)鍵詞】 切頂留巷;數(shù)值模擬;實(shí)驗(yàn)研究;工程應(yīng)用

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TD853.391 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2022）01-0009-03

礦井回采過(guò)程中，回采工作面和備采工作面之間預(yù)留的安全煤柱，嚴(yán)重影響資源回收率。留巷技術(shù)可以解決此問(wèn)題，但實(shí)施過(guò)程中圍巖應(yīng)力集中，會(huì)影響二次支護(hù)效果。我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者關(guān)于沿空留巷技術(shù)應(yīng)用及支護(hù)措施優(yōu)化做過(guò)大量研究，王亮針對(duì)潞寧煤礦22116工作面留巷支護(hù)進(jìn)行了切頂措施研究;安浩煒針對(duì)億欣煤業(yè)綜采工作面留巷進(jìn)行了爆破切頂技術(shù)的實(shí)施。其他專(zhuān)家學(xué)者針對(duì)切頂留巷支護(hù)技術(shù)也進(jìn)行了大量的研究工作。以往的研究主要以現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用為主，針對(duì)切頂留巷技術(shù)實(shí)施過(guò)程中圍巖應(yīng)力演化過(guò)程分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施、后期效果考察綜合研究較少。山西某礦2505綜放工作面回采過(guò)程中采用了切頂留巷技術(shù)，現(xiàn)針對(duì)該技術(shù)的工程應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 工程概況

2505工作面主采煤層5#煤層，平均厚度6.7m，煤層頂板為泥巖，平均厚度2.7m;底板為粉砂巖，平均厚度6m。工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采，采高2.5m，放頂3.5m。目前在采工作面為2505工作面，鄰近工作面為2507工作面，現(xiàn)對(duì)2505工作面回風(fēng)順槽進(jìn)行支護(hù)，作為2507工作面運(yùn)輸順槽，兩個(gè)工作面之間不留煤柱，實(shí)施沿空留巷技術(shù)。2505工作面煤層柱狀圖如圖1所示，區(qū)域內(nèi)煤巖力學(xué)參數(shù)如表1所示。

2 切頂技術(shù)數(shù)值模擬研究

為研究切頂技術(shù)對(duì)礦井圍巖生產(chǎn)變形，現(xiàn)采用軟件COMSOL對(duì)未切頂巷道和切頂巷道圍巖應(yīng)力分布情況進(jìn)行數(shù)值模擬研究，模型寬度20m，高度10m，巷道寬度6m，高度3m，模型左、右邊界為固定約束，頂板應(yīng)力100MPa。

數(shù)值模擬集合模型為2505工作面運(yùn)輸順槽斷面，通過(guò)數(shù)值模擬研究得到不進(jìn)行切頂情況下和切頂情況下巷道圍巖應(yīng)力分布情況如圖2所示，切頂角度為10°，切頂深度為4m。

由圖2可知，矩形斷面在無(wú)切頂情況下，巷道頂板圍巖應(yīng)力比較集中，集中區(qū)域位于巷道頂板上方呈拱狀，底板同樣會(huì)在地應(yīng)力情況下呈現(xiàn)圍巖底鼓現(xiàn)象，由于巷道底板圍巖為粉砂巖，硬度比較大，因此底鼓現(xiàn)象不是特別嚴(yán)重。當(dāng)實(shí)施頂板切頂技術(shù)時(shí)，應(yīng)力集中區(qū)域分布于巷道上方右側(cè)，應(yīng)力集中區(qū)域右移，整體呈現(xiàn)巷道變形應(yīng)力集中區(qū)域偏移，正常情況下，巷道右側(cè)為2505工作面采空區(qū)，因此，應(yīng)力集中區(qū)域右移可以有效解決采空區(qū)垮落后對(duì)留巷上覆巖層的破壞。

3 切頂技術(shù)實(shí)施及效果考察

切頂技術(shù)能量源為爆破能，鉆孔設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。鉆孔間距為3m，鉆孔孔徑為50mm。爆破切縫原理圖如圖4所示。

爆破使用的聚能管每節(jié)長(zhǎng)度1.5m，外徑40mm，爆破使用的炸藥為300×Φ32mm規(guī)格的礦用乳化炸藥卷。實(shí)際施工鉆孔10m，傾角10°，爆破過(guò)程封孔深度3m，裝藥長(zhǎng)度為6m，封孔采用普通炮泥進(jìn)行封孔作業(yè)，每6個(gè)鉆孔為一組進(jìn)行爆破，根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究表明，相鄰兩個(gè)鉆孔同時(shí)爆破時(shí)鉆孔之間產(chǎn)生能量耦合作用，切割效果更好。

爆破完成后需要對(duì)巷道進(jìn)行超前支護(hù)，超前支護(hù)采用U型鋼結(jié)合單體液壓支架，為考察切縫效果，回采過(guò)程中對(duì)單體液壓支架承受的應(yīng)力進(jìn)行考察，考察距離為距離采面的通過(guò)單體液壓支架20m間距，分別將原先未切頂區(qū)域單體液壓支架和切頂區(qū)域單體液壓支架應(yīng)力情況進(jìn)行對(duì)比統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，當(dāng)2505工作面回采通過(guò)切頂區(qū)域時(shí)，單體液壓支架出現(xiàn)大的波動(dòng)，液壓支架承受的最大應(yīng)力為50MPa，最小應(yīng)力為40MPa;當(dāng)采面推進(jìn)通過(guò)切頂位置時(shí)，在通過(guò)單體液壓支架10m、11m、12m區(qū)間端，單體液壓支架分別出現(xiàn)應(yīng)力波動(dòng)較大的情況，波動(dòng)從55MPa陡增到86MPa，出現(xiàn)如此波動(dòng)主要原因?yàn)檫_(dá)到工作面正常放頂步長(zhǎng)，由于沒(méi)有切頂，留巷上覆巖層依舊保持一致性。突然放頂產(chǎn)生地壓沖擊波對(duì)單體液壓支架產(chǎn)生大的沖擊，因此出現(xiàn)應(yīng)力陡增的現(xiàn)象。

4 總結(jié)

山西某礦2505工作面實(shí)施留巷切頂技術(shù)，進(jìn)行數(shù)值模擬研究，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施和效果考察得到以下結(jié)論：

數(shù)值模擬表明，切角10°情況下導(dǎo)致巷道頂板上覆巖層應(yīng)力右移，防止了巷道頂板應(yīng)力集中情況;

闡述了爆破切頂技術(shù)實(shí)施的過(guò)程和技術(shù)原理，鉆孔間距3m，6個(gè)鉆孔一組可以滿(mǎn)足要求;

工作面通過(guò)單體液壓支架過(guò)程中，未切頂位置在采面推進(jìn)通過(guò)支架10m后出現(xiàn)應(yīng)力陡增的情況，切頂區(qū)域單體支架應(yīng)力未出現(xiàn)大的波動(dòng)。

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